如今,人们创建的数据量日益增长,这在很大程度上是受到物联网(IoT)、云计算等新兴技术所推动的,数据中心面临着不断增长的需求、越来越高的功率密度,以及日前增多的节点和机架设备。当然,这种情况会产生更多的热量,数据中心必须将其移除以保护他们的设备。根据研究机构BSRIA公司发布的调查报告,数据中心采用的传统冷却解决方案为空气冷却,但对其服务的需求不断增加,正在促使他们探索新的替代解决方案。他们正在寻找更灵活、更强大、更具成本效益的冷却布局和技术。

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液体冷却就是这样的体冷却技术之一,并且最近成为数据中心运营商非常感兴趣的主题。如今,只有大约14%的数据中心运营商使用液体冷却技术,但专家预测,在未来几年中,增加功率密度和其他因素将迫使许多组织从空气冷却切换到液体冷却。根据市场研究咨询机构Stratistics公司(MRC)的数据,2016年全球数据中心液体冷却市场为8.20亿美元。该公司预测到2023年市场将增长到45.5亿美元,在此期间的复合年增长率(CAGR)为27.7%。

液体冷却提供了许多空气冷却和其他散热系统无法获得的好处。尽管有这些优点,但由于面临若干挑战,该技术尚未普及。然而,克服这些困难可能会带来更高效、更强大的数据中心。

什么是液体冷却?

液体冷却以各种方式不同于其他冷却解决方案。一种基于液体冷却的系统通过需要冷却的设备周围的管道泵送液体。这种液体吸收IT设备产生的热量并将其带走。

冷却泵送液体冷却回路系统包括泵、流体管线、冷却板和热交换器或水槽。阀门和储存罐可以控制液体的体积和流量。冷却泵使流体在整个回路中流动,使其流过或接触需要冷却设备的冷却板,这些冷却板包含许多小通道或多孔介质,有助于移动液体和热量。当液体流过冷却板时,它会吸收热量。然后,它使用热交换器将热量散发,将热量从电子设备中移除。

有一些泵送液体系统采用振荡液体冷却,其使用机械致动器来产生液体的振荡运动以及破坏液体壁边界层。流体的振荡将热量从输入移动到耗散区域。控制性能涉及改变机械致动器的幅度和频率。这种方法可以提高吸热效率。

另一种正在开发的液体冷却技术是射流冲击,其将液体射流引向需要冷却的设备。该方法最适合具有高热通量能力和非常规形状设施的应用。

液体冷却如何使数据中心受益?

液体冷却具有许多优点,使其成为数据中心潜在的强大解决方案。也许其最大的吸引力在于所提供的灵活性和敏捷性。液体冷却使数据中心操作人员可以在特定位置增加冷却,而无需更改整个冷却系统。此功能使他们能够根据不断变化的业务需求调整冷却设置,并提供更精确的冷却。

企业可以对具有高功率密度的单个机架使用液体冷却。由于功率密度是一个日益严重的问题,这种方法可能是一个理想的解决方案。使用液体冷却设备通常也更有效,冷却水具有比空气具有更高的导热性,这意味着它可以更快地传递热量。它还具有更大的比热容,这意味着它可以在给定的温度升高下吸收更多的热量。

切换到液体冷却可以降低数据中心设施的总体功耗,并提高其功率使用效率(PUE),这是数据中心能效的衡量标准。当然,降低功耗会降低能源成本,还会带来环境效益,因为它减少了与发电相关的排放。一些先进的液体冷却技术也可以很容易地将热水回收用于水力涡轮机提供动力,提供中央供暖或执行其他服务,而不是将其作为废物处理。

液体冷却的另一个好处是它比空气冷却更安静,使数据中心在可以定位的地方更具灵活性。

采用液体冷却的挑战是什么?

尽管液体冷却是解决许多数据中心所面临问题的潜在方法,但许多问题阻碍了其广泛采用。

•缺乏标准:一个挑战是液体冷却系统缺乏标准。其部分原因是该技术在数据中心中很少见。缺乏标准化使得液冷设备的安装更加复杂。数据中心运营商不能简单地连接它并开始使用,安装标准空气冷却系统需要更多的工作。随着技术要求变得更加突出,需要更多的标准化。

•潜在泄漏:尽管每种技术都可能发生故障,但液体泄漏的可能性导致一些企业拒绝采用。根据液体的类型,这些泄漏可能会损坏昂贵的设备并造成安全隐患。腐蚀是泄漏的主要风险因素,也是冷却技术公司正在努力解决的问题。他们还致力于提供解决方案,使管道在泄漏时能够密封。企业可以通过封闭机架来解决这个问题,这样如果发生泄漏,其损坏就只会发生在泄漏的机架中。

•安全风险:泄漏可能带来安全隐患,导致一些企业采取液体冷却技术犹豫不决。如果液体冷却出现泄漏,则会造成触电危险。此外,漏水也可能能人员滑倒的危险。不过,使用介电液体的系统不存在触电危险,因为这些液体不导电。

•操作复杂性:采用液冷技术的另一个障碍是操作复杂性的潜在增加。数据中心运营商可能对引入新技术犹豫不决,特别是如果他们计划将一些现有的空气冷却设备与其一起使用的话。他们可能希望避免使用具有各种组件的多个系统,因为这意味着更多的故障点。管理众多系统类型还需要承担其他责任。

•投资成本:部署新的液冷技术可能涉及更高的投资成本,特别是与继续运营现有设备相比。液体冷却提高提冷却效率,可以降低设备使用寿命期间的运营成本,但是其初始安装和部署仍然需要大量投资。由于存在这些挑战,液体冷却的采用可能会受到限制,至少目前这些数据中心需要大量资金。一些企业可能会立即开始从提高效率中获益,但许多企业数据中心机架仍然低于需要液体冷却的功率密度。

有些数据中心设施可能长时间没有这种需求。如果数据中心运营商没有计划处理来自人工智能或物联网等先进技术的数据,他们可能不需要增加冷却能力。随着这些技术变得越来越普遍,这样的数据中心将变得越来越少。然而,最好的冷却解决方案的类型仍然取决于每个设施的需求和资源。

数据中心冷却的未来

为了应对互联网连接设备数量的快速增长,数据中心的运营和维护方式正在发生变化,需要处理更多数据,并使用更高的功率密度。它们的规模也在不断增加,并且运营必须更加灵活。

为了实现这些目标,许多数据中心可能需要采用新技术,例如液体冷却。这些系统非常适合应对当今数据中心面临的挑战,但是许多障碍阻碍了其广泛采用。随着技术的改进和液体冷却技术变得越来越普遍,这些障碍将会逐渐消失。然而,现在开始研究这些解决方案的数据中心和冷却技术厂商需要进行明智的投资,并使自己领先于竞争对手,因为液体冷却可能在未来的数据中心中发挥不可或缺的作用。

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